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【摘 要】水电站中电气自动化应用主要体现在水电站的自动化方面，本文在此基础上阐述了水电站自动化的作用和内容，并进一步分析了设备选型及自动化设计。
【关键词】电气自动化；水电站应用
On the hydropower electrical automation applications
Wang Rui-rong
（Xinjiang Changyuan Water Group Limited Urumqi Xinjiang 830000）
【Abstract】Hydropower electrical automation applications mainly in the automation of hydropower， the paper elaborated on this basis， the role of the station automation and content， and further analysis of the equipment selection and design automation.
【Key words】Electric Automation；Hydropower applications
1. 引言
（1）随着电力电子技术、微电子技术迅猛发展，电气自动化在水电站中也得到了广泛应用，这又主要体现在水电站的自动化方面。水电站的自动化是实现水轮发电机组自动化的关键部分，是利用计算对整个水电生产过程监控的“耳目”“手脚”，它担负自动监测机组和辅助设备的状态，发出拟定的报警信号、执行自动操作任务。水电站自动化的程度取决于电站的规模，电站的型式及主要机电设备的性能。
（2）水电站自动化就是要使水电站生产过程的操作、控制和监视，能够在无人（或少人）直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行。水电站自动化程度是水电站现代化水平的重要标志，同时，自动化技术又是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。水电站自动化具有提高工作的可靠性、提高运行的经济性、保证电能质量、提高劳动生产率、改善劳动条件等作用。
2. 水电站自动化的内容
水电站自动化的内容，与水电站的规模及其在电力系统中的地位和重要性、水电站的型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和布置方式等有关。总的来说，水电站自动化包括完成对水轮发电机组运行方式的自动控制、完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视、完成对辅助设备的自动控制、完成对主要电气设备的控制、完成对水工建筑物运行工况的控制和监视几个方面。
2.1 完成对水轮发电机组运行方式的自动控制一方面，实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动化，使得上述各项操作按设定的程序自动完成；另一方面，自动维持水轮发电机组的经济运行，根据系统要求和电站的具体条件自动选择最佳运行机组数，在机组间实现负荷的经济分配，根据系统负荷变化自动调节机组的有功和无功功率等。此外，在工作机组发生事故或电力系统频率降低时，可自动起动并投入备用机组；系统频率过高时，则可自动切除部分机组。
2.2 完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视如对发电机定子和转子回路各电量的监视，对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视，对机组润滑和冷却系统工作的监视，对机组调速系统工作的监视等。出现不正常工作状态或发生事故时，迅速而自动地采取相应的保护措施，如发出信号或紧急停机。
2.3 完成对辅助设备的自动控制包括对各种油泵、水泵和空压机等的控制，并发生事故时自动地投入备用的辅助设备。
2.4 完成对主要电气设备（如变压器、母线及输电线路等）的控制、监视和保护。
2.5 完成对水工建筑物运行工况的控制和监视如闸门工作状态的控制和监视，拦污栅是否堵塞的监视，上下游水位的测量监视，引水压力管的保护（指引水式电站）等。
3. 设备选型及自动化设计
随着水电站自动化水平的提高，水轮发电机组所需自动化元件愈来愈多，其作用就愈重要。但由于目前主机配套的自动化元件的性能不够稳定、灵敏度差、精度低等因素以及自动化设计上的不足使水电站的自动控制的安全受到不同程度的影响，这就需要对设备进行选型和自动化设计。
3.1 PLC在轴流桨式水轮机调速器中的应用轴流转浆式水轮机被广泛使用于中低水头电站。由于它的水轮机叶片随水不同可与导叶协联动作而使用水轮机的动行水头范围增大，这样可为电厂创造更多经济效益。水轮发电机组制造厂家为其制造的水轮机提供了一组不同水头下导叶开度与浆叶转角的协联曲线，调整器制造厂按此曲线设置了调速器内导叶与浆叶的协联关系。但是由于实际电站运行时，水轮机水头的变化及上下游水位的变化，与厂家提供参数相差甚运，故按协联曲线运行时机组运行性能差不能达到最佳状态。因此对于此类机组的调整器须采用可改变程序的PLC可编程控制器的调速器。在机组试运转过程中和今后的运行中可先针对不同水头及上、下游水位及手动协联导叶、浆叶，取得最佳协联曲线而后修改原协联曲线输人PLC而使机组处实际最佳状态。
3.2 PLC在调节水库式电站调速器中的应用水库式电站的运行水头变化范围大：此类电站的调速器和起动开度一般按水轮机设计水头设计，但当电站水头降低，水轮机处于低水头下运行时，电液调整器往往不能使机组达到额定转速（自动状态），为使调整器的起动开度增大，往往需更换芯片或在开度指示仪中串接电阻而使调节器输出值与开度指示产生差值开机组。当电站水头更小于设计水头时，为使机组开机不致过速，而又必须换回芯片或撤除串接电阻，若采用PLC可编程控制器，则可根据电站水头高低，修改其程序来改变起动开度即可。
4. 结语
随着电力电子技术、微电子技术迅猛发展，原有的电力传动（电子拖动）控制的概念已经不能充分概抓现代生产自动化系流中承担第一线任务的全部控制设备。综上所述，水电站采用综合自动化系统后不仅提高水电站运行的经济性和工作的可靠性、保证电能质量；而且提高劳动生产率、改善劳动条件和减少运行人员，从而提高电站运行的效益，例如利用计算机系统监控水库来水和中长期预报在内的优化运行，曲线绘制及科学调度，多发峰电等，每年可增加发电量2%左右；同时采用计算机监控电站各种参量及运行工况后，及时发现并排除事故隐患，事故后能及时处理事故，避免事故扩大，尽快恢复供电使系统事故率下降，处理事故时间减少，如此每年增加发电量1%左右；另外采用计算机监控在减少人员的同时也减少了相应的生活办公设备和工资支出，因而能产生巨大的经济效益。可见，水电站综合自动化系统与水电站的生产、效益密切相关，随着国家能源结构的调整，水资源开发利用程度的加大，水电站综合自动化系统在越来越多的水利枢纽工程中得到更广泛的应用，发挥更大的作用。
参考文献
[1] 张蠡、倪晓峰，浅谈水利工程自动化系统故障的排除方法，江苏水利，2009.8.
[2] 徐鹏，电气自动化控制方式的研究，科技广场。2009.7.
[3] 崔明，变电站与水电站综合自动化，中国水利水电出版社，2005.5.
[文章编号]1006-7619（2014）02-20-097
[作者简介] 王瑞荣（1969.8.3-），女，籍贯：甘肃，职称：工程师，毕业于大连理工大学。
【关键词】电气自动化；水电站应用
On the hydropower electrical automation applications
Wang Rui-rong
（Xinjiang Changyuan Water Group Limited Urumqi Xinjiang 830000）
【Abstract】Hydropower electrical automation applications mainly in the automation of hydropower， the paper elaborated on this basis， the role of the station automation and content， and further analysis of the equipment selection and design automation.
【Key words】Electric Automation；Hydropower applications
1. 引言
（1）随着电力电子技术、微电子技术迅猛发展，电气自动化在水电站中也得到了广泛应用，这又主要体现在水电站的自动化方面。水电站的自动化是实现水轮发电机组自动化的关键部分，是利用计算对整个水电生产过程监控的“耳目”“手脚”，它担负自动监测机组和辅助设备的状态，发出拟定的报警信号、执行自动操作任务。水电站自动化的程度取决于电站的规模，电站的型式及主要机电设备的性能。
（2）水电站自动化就是要使水电站生产过程的操作、控制和监视，能够在无人（或少人）直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行。水电站自动化程度是水电站现代化水平的重要标志，同时，自动化技术又是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。水电站自动化具有提高工作的可靠性、提高运行的经济性、保证电能质量、提高劳动生产率、改善劳动条件等作用。
2. 水电站自动化的内容
水电站自动化的内容，与水电站的规模及其在电力系统中的地位和重要性、水电站的型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和布置方式等有关。总的来说，水电站自动化包括完成对水轮发电机组运行方式的自动控制、完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视、完成对辅助设备的自动控制、完成对主要电气设备的控制、完成对水工建筑物运行工况的控制和监视几个方面。
2.1 完成对水轮发电机组运行方式的自动控制一方面，实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动化，使得上述各项操作按设定的程序自动完成；另一方面，自动维持水轮发电机组的经济运行，根据系统要求和电站的具体条件自动选择最佳运行机组数，在机组间实现负荷的经济分配，根据系统负荷变化自动调节机组的有功和无功功率等。此外，在工作机组发生事故或电力系统频率降低时，可自动起动并投入备用机组；系统频率过高时，则可自动切除部分机组。
2.2 完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视如对发电机定子和转子回路各电量的监视，对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视，对机组润滑和冷却系统工作的监视，对机组调速系统工作的监视等。出现不正常工作状态或发生事故时，迅速而自动地采取相应的保护措施，如发出信号或紧急停机。
2.3 完成对辅助设备的自动控制包括对各种油泵、水泵和空压机等的控制，并发生事故时自动地投入备用的辅助设备。
2.4 完成对主要电气设备（如变压器、母线及输电线路等）的控制、监视和保护。
2.5 完成对水工建筑物运行工况的控制和监视如闸门工作状态的控制和监视，拦污栅是否堵塞的监视，上下游水位的测量监视，引水压力管的保护（指引水式电站）等。
3. 设备选型及自动化设计
随着水电站自动化水平的提高，水轮发电机组所需自动化元件愈来愈多，其作用就愈重要。但由于目前主机配套的自动化元件的性能不够稳定、灵敏度差、精度低等因素以及自动化设计上的不足使水电站的自动控制的安全受到不同程度的影响，这就需要对设备进行选型和自动化设计。
3.1 PLC在轴流桨式水轮机调速器中的应用轴流转浆式水轮机被广泛使用于中低水头电站。由于它的水轮机叶片随水不同可与导叶协联动作而使用水轮机的动行水头范围增大，这样可为电厂创造更多经济效益。水轮发电机组制造厂家为其制造的水轮机提供了一组不同水头下导叶开度与浆叶转角的协联曲线，调整器制造厂按此曲线设置了调速器内导叶与浆叶的协联关系。但是由于实际电站运行时，水轮机水头的变化及上下游水位的变化，与厂家提供参数相差甚运，故按协联曲线运行时机组运行性能差不能达到最佳状态。因此对于此类机组的调整器须采用可改变程序的PLC可编程控制器的调速器。在机组试运转过程中和今后的运行中可先针对不同水头及上、下游水位及手动协联导叶、浆叶，取得最佳协联曲线而后修改原协联曲线输人PLC而使机组处实际最佳状态。
3.2 PLC在调节水库式电站调速器中的应用水库式电站的运行水头变化范围大：此类电站的调速器和起动开度一般按水轮机设计水头设计，但当电站水头降低，水轮机处于低水头下运行时，电液调整器往往不能使机组达到额定转速（自动状态），为使调整器的起动开度增大，往往需更换芯片或在开度指示仪中串接电阻而使调节器输出值与开度指示产生差值开机组。当电站水头更小于设计水头时，为使机组开机不致过速，而又必须换回芯片或撤除串接电阻，若采用PLC可编程控制器，则可根据电站水头高低，修改其程序来改变起动开度即可。
4. 结语
随着电力电子技术、微电子技术迅猛发展，原有的电力传动（电子拖动）控制的概念已经不能充分概抓现代生产自动化系流中承担第一线任务的全部控制设备。综上所述，水电站采用综合自动化系统后不仅提高水电站运行的经济性和工作的可靠性、保证电能质量；而且提高劳动生产率、改善劳动条件和减少运行人员，从而提高电站运行的效益，例如利用计算机系统监控水库来水和中长期预报在内的优化运行，曲线绘制及科学调度，多发峰电等，每年可增加发电量2%左右；同时采用计算机监控电站各种参量及运行工况后，及时发现并排除事故隐患，事故后能及时处理事故，避免事故扩大，尽快恢复供电使系统事故率下降，处理事故时间减少，如此每年增加发电量1%左右；另外采用计算机监控在减少人员的同时也减少了相应的生活办公设备和工资支出，因而能产生巨大的经济效益。可见，水电站综合自动化系统与水电站的生产、效益密切相关，随着国家能源结构的调整，水资源开发利用程度的加大，水电站综合自动化系统在越来越多的水利枢纽工程中得到更广泛的应用，发挥更大的作用。
参考文献
[1] 张蠡、倪晓峰，浅谈水利工程自动化系统故障的排除方法，江苏水利，2009.8.
[2] 徐鹏，电气自动化控制方式的研究，科技广场。2009.7.
[3] 崔明，变电站与水电站综合自动化，中国水利水电出版社，2005.5.
[文章编号]1006-7619（2014）02-20-097
[作者简介] 王瑞荣（1969.8.3-），女，籍贯：甘肃，职称：工程师，毕业于大连理工大学。